از بیوفیلم‌ (Biofilm) چه می دانید؟

بیوفیلم یا زیست‌لایه به مجموعه‌ای از سلول‌های میکروارگانیسم‌ها گفته می‌شود که روی یک سطح زنده یا غیرزنده تجمع کرده و درون لایه‌ای از مواد پلیمری خارج‌سلولی قرار می‌گیرند. در واقع، بیوفیلم یک استراتژی بقای میکروبی است که بسیاری از باکتری‌ها، قارچ‌ها و دیگر ریزسازواره‌ها برای مقاومت در برابر آنتی‌بیوتیک‌ها، مواد ضدعفونی‌کننده و شرایط سخت محیطی از آن استفاده می‌کنند. این ساختارها که به‌طور گسترده در بدن انسان، محیط‌های صنعتی، تجهیزات پزشکی و سامانه‌های آب و فاضلاب تشکیل می‌شوند، نقش مهمی در ایجاد عفونت‌های مزمن، پوسیدگی دندان، آلودگی صنعتی و کاهش کارایی تجهیزات دارند. به دلیل همین چالش‌ها، شناخت انواع بیوفیلم، نحوه تشکیل بیوفیلم و روش‌های کنترل و حذف آن اهمیت فراوانی در حوزه‌های پزشکی، میکروبیولوژی، بهداشت و صنعت دارد. در ادامه این مقاله، به طور کامل به بررسی انواع و ویژگی‌های بیوفیلم می‌پردازیم.

برای مطالعه بیشتر بخوانید:

♣ حذف و پیشگیری از تشکیل بیوفیلم در فرآورده های لبنی با پراستیک اسید

♣ بررسی انواع میکروب، عوامل بیماری زا و پاتوژن ها

انواع بیوفیلم

میکروارگانیسم هایی که بایوفیلم را تشکیل می دهند شامل باکتری ها، قارچ ها و پروتیست ها هستند. بیوفیلم باکتری ها از اجتماع یک گونه واحد باکتریایی یا اجتماعی از چند گونه متفاوت تشکیل می شوند.

در جدول زیر، می توانید انواع بایوفیلم را مشاهده کنید:

مراحل تشکیل بیوفیلم

مراحل تشکیل بیوفیلم در باکتری‌ها معمولاً از یک الگوی مشخص پیروی می‌کند و تحت تأثیر ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی ماتریس بیوفیلم (EPS) قرار دارد. در مرحله اول، اتصال اولیه میکروارگانیسم‌ها به سطح‌ زنده یا غیرزنده رخ می‌دهد. این اتصال، یک فرایند غیر اختصاصی است که با نیروهایی مانند برهم‌کنش‌های آب‌گریز، الکترواستاتیک و نیروهای واندروالس انجام می‌شود. پس از این مرحله، باکتری‌ها به کمک پروتئین‌های سطحی و گیرنده‌های اختصاصی، اتصال خود را محکم‌تر کرده و وارد فاز چسبندگی پایدار می‌شوند.

در ادامه با تکثیر باکتری‌ها، میکروکلنی‌‌های منظم تشکیل شده و به مرور زمان ساختاری سه‌بعدی و پیچیده ایجاد می‌شود که همان بیوفیلم بالغ است. در این مرحله، ماتریس خارج‌سلولی غنی از پلی‌ساکاریدها، پروتئین‌ها و DNA آزاد، باعث افزایش مقاومت باکتری‌ها در برابر آنتی‌بیوتیک‌ها، سیستم ایمنی و مواد ضدعفونی‌کننده می‌شود.

پس از رسیدن به بلوغ، بیوفیلم وارد مرحله تجزیه و پراکنش می‌شود. در این فاز، بخشی از سلول‌های باکتریایی از بیوفیلم جدا شده و به عنوان سلول‌های رهایشی به محیط وارد می‌شوند. این سلول‌ها قادرند در نقاط دیگر سطوح جدیدی را آلوده کرده و بیوفیلم‌های تازه و عفونت‌های باکتریایی جدید ایجاد کنند. این چرخه باعث می‌شود بیوفیلم به یک چالش جدی در پزشکی، بهداشت و صنایع تبدیل شود.

چرا بایوفیلم تشکیل می شود؟

• ویژگی‌های زیستی و ژنتیکی میکروارگانیسم‌ها: گونه‌های مختلف باکتری‌ها و میکروب‌ها توانایی متفاوتی در تشکیل بیوفیلم دارند.

• ساختار و نوع سطح: زبری، جنس و بار الکتریکی سطوح زنده یا غیرزنده، سرعت تشکیل بیوفیلم را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

• شرایط محیطی: عواملی مانند دمای مناسب، مواد مغذی کافی، pH مناسب و ترکیب محیط کشت نقش مهمی در رشد بیوفیلم دارند.

• مزایای زندگی در زیست‌لایه: میکروارگانیسم‌ها با تشکیل بیوفیلم، از مزایای اجتماعی و همکاری گروهی بهره‌مند می‌شوند.

• افزایش مقاومت میکروبی: باکتری‌های موجود در بیوفیلم نسبت به آنتی‌بیوتیک‌ها، مواد ضدعفونی‌کننده، فلزات سنگین و مواد سمی بسیار مقاوم‌ترند.

• حفاظت در برابر استرس محیطی: بیوفیلم‌ها می‌توانند میکروب‌ها را از استرس‌هایی مانند کمبود آب، تغییر pH و شرایط نامساعد محیطی محافظت کنند.

• افزایش احتمال بقا و گسترش عفونت‌ها: وجود بیوفیلم باعث می‌شود میکروب‌ها بهتر زنده بمانند و در محیط‌های جدید عفونت‌های پایدار و مزمن ایجاد کنند.

اهمیت بیوفیلم ها چیست؟

بیوفیلم‌ها بسته به نوع میکروارگانیسم‌ و محل تشکیل، می‌توانند نقش‌های مفید یا مضر داشته باشند. در بسیاری از صنایع و محیط‌های زیستی، وجود آن‌ها یک چالش جدی ایجاد می‌کند، در حالی که در برخی کاربردهای زیست‌فناوری، بیوفیلم‌ها ویژگی‌های سودمند نیز دارند.

• مشکلات بیوفیلم‌ها در صنایع آب، دامداری و تجهیزات شیردوشی

تشکیل بیوفیلم در لوله‌های آبخوری، مخازن و دستگاه‌های شیردوشی می‌تواند باعث خوردگی میکروبی، پوسیدگی تجهیزات، انسداد لوله‌ها و کاهش جریان آب و شیر شود. این بیوفیلم‌ها منبع دائمی آلودگی میکروبی بوده و می‌توانند با آزادسازی میکروب‌ها و سموم آن‌ها، باعث آلودگی آب آشامیدنی دام و شیر خام شوند.

• اثر بیوفیلم بر سلامت دام و کیفیت محصولات دامی

بیوفیلم‌ها قادرند اثر واکسن‌های دامی را کاهش دهند و با جذب ویتامین‌ها و مواد مغذی، باعث افت ارزش تغذیه‌ای خوراک دام شوند. همچنین تشکیل بیوفیلم باعث ایجاد طعم و بوی نامطلوب در آب و شیر شده و موجب کاهش میل نوشیدن آب در دام می‌گردد. این شرایط می‌تواند خطر مسمومیت، تداخلات دارویی و فساد شیر را افزایش دهد.

• گستردگی تشکیل بیوفیلم در محیط‌های طبیعی و صنعتی

بیوفیلم‌ها علاوه بر محیط‌های طبیعی مانند سطح دندان، می‌توانند در حوزه‌های کشاورزی، دامداری، صنایع غذایی و لبنی، سیستم‌های آب‌رسانی، مخازن فلزی و تجهیزات پزشکی تشکیل شوند. به همین دلیل، کنترل و حذف بیوفیلم در این بخش‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است.

باکتری‌های تشکیل دهنده زیست لایه

بیوفیلم‌ها می‌توانند توسط طیف گسترده‌ای از باکتری‌های گرم مثبت و گرم منفی تشکیل شوند. بسیاری از میکروارگانیسم‌ها با برخورداری از سازوکارهای چسبندگی و تولید ماتریس خارج‌سلولی، قادرند روی سطوح مختلف زیست‌لایه‌‌های مقاوم ایجاد کنند.

از مهم‌ترین باکتری‌هایی که توانایی تشکیل بیوفیلم را دارند، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

الف) باکتری‌های گرم مثبت:

• Enterococcus faecalis (انتروکوکوس فکالیس)
• Staphylococcus aureus (استافیلوکوکوس اورئوس)
• Staphylococcus epidermidis (استافیلوکوکوس اپیدرمیدیس)
• Streptococcus‌های گروه ویریدانس
• Bacillus subtilis (باسیلوس سوبتیلیس)

ب) باکتری‌های گرم منفی:

• Escherichia coli (اشریشیا کلی)
• Klebsiella pneumoniae (کلبسیلا پنومونیه)
• Proteus mirabilis (پروتئوس میرابیلیس)
• Pseudomonas aeruginosa (سودوموناس آئروژینوزا)

این باکتری‌ها به دلیل توانایی بالا در چسبندگی، تولید EPS و مقاومت در برابر شرایط محیطی، از مهم‌ترین عوامل ایجاد بیوفیلم‌ در محیط‌های طبیعی، پزشکی، غذایی و صنعتی به شمار می‌روند.

مضرات بیوفیلم باکتریایی

باکتری‌هایی که توانایی تشکیل زیست لایه را دارند به دلیل مقاومت بالا می‌توانند عفونت‌های مزمن مانند التهاب پایدار و آسیب بافتی ایجاد کنند. بیوفیلم باکتریایی ایجادشده در این حالت به درمان توسط آنتی بیوتیک‌های معمول مقاوم هستند. ایجاد زیست لایه می‌تواند باعث مشکلات متعددی در زمینه پزشکی گردد که از جمله آن‌ها، می توان به عفونت وسایل خارجی مانند کاترها، لوله‌های حلقی و لنزهای تماسی، عفونت بافت‌های زنده مانند عفونت اندوکارد، عفونت زخم، عفونت اپیتلیوم ریه به‌خصوص در مبتلایان به سیستیک فیبروزیس و قابلیت ضدباکتریایی و ضد بیوفیلمی اشاره کرد.

راه‌های شناسایی بیوفیلم

شناسایی بیوفیلم همیشه آسان نیست، زیرا معمولاً نازک، شفاف یا چسبنده است. اما نشانه‌های زیر کمک‌کننده‌اند:

• لیز بودن غیرعادی سطوح
• ایجاد لکه‌های چسبنده
• بوی نامطبوع
• کاهش کیفیت محصول خروجی

کلام آخر:

یکی از بهترین مواد ضد بیوفیلمی، ضدعفونی کننده صنعتی فوداسیب بر پایه پراستیک اسید 15 درصد تولیدی صنایع آرال شیمی است. این محصول به طور کاملا موثر باعث حذف بایوفیلم از سطوح می شود. این محلول اکسیدکننده بسیار قوی است و مکانیزم عمل آن از طریق اکسیداسیون است. در واقع، این ماده، غشای بیرونی سلول های باکتریایی، اندوسپورها، مخمرها و اسپورهای کپک را اکسید و متلاشی کرده و به این ترتیب، عمل ضدعفونی را انجام می دهد. به همین جهت، این ماده فودگرید پایه ی اصلی بسیاری از ضدعفونی کننده های رایج در صنعت غذا، برای از بین بردن زیست لایه است. همچنین، مصارف بیمارستانی این ماده به عنوان محلول ضدعفونی و گندزدای قدرتمند و استریل کننده ابزار پزشکی و دندانپزشکی، نیز رو به افزایش است.

⇐ نسخه بروزرسانی شده در آذر 1404